水分蒸发对煤自燃升温过程影响的数值模拟

为了了解水分蒸发对露天煤堆自燃升温过程的影响机制,利用Fluent软件对煤堆内部漏风、温度场信息进行了模拟分析。计算结果表明:高温点位于煤堆中下部;水分的蒸发使煤堆在中期升温速率放缓;水分含量越高,煤堆安全保存期越长。保持一定的水分利于煤堆安全放置。     

含水煤堆自燃高温位置特征的数值模拟与实验

为了研究含水煤堆自燃高温位置分布的特性,建立了含水煤堆内部非饱和传热数学模型,利用数值模拟方法比较了含水煤堆和干煤堆自燃过程中高温区分布位置,并进一步计算了高、中、低水分下3种煤堆自燃高温位置的分布趋势,结果表明:干煤堆由表面往内依次形成散热带、自然带,高温位置深入煤堆表面数米的中下部。含水煤堆深部蒸发缓慢,不易自燃,高温位置逆迎风面向干燥区域发展,水分越高,高温区越接近表面。依据模拟结果进行了验证实验,二者结论相符,煤场安全管理应考虑煤堆的水分含量,预估自然起火位置。     

煤的绝热氧化阶段特征及自燃临界点预测模型

为建立煤的绝热氧化阶段特征和自燃临界点的预测模型,基于绝热氧化实验、元素分析实验以及工业分析实验,首先得到了8个煤样的绝热氧化实验数据,据此计算出煤的绝热氧化阶段升温速率;然后运用热动力参数计算方法,定义并获取了各煤样的自燃临界点Tr0.05 和TΔmax ;最后应用Levenberg-Marquardt法计算拟合得出了煤元素含量、挥发分与绝热氧化阶段升温速率、Tr0.05 的关系。结果表明：N,S元素含量与Tr0.05 呈正相关,O,C,H元素含量与Tr0.05 呈负相关,而各元素与阶段升温速率关系恰好相反;上述规律也表明Tr0.05 越低,阶段升温速率越快,则煤越易自燃;煤的挥发分越大,煤的Tr0.05 越低,煤越易自燃。     

基于等效氧化暴露时间理论的褐煤自燃特性研究

为研究堆积褐煤自燃特性,通过开放式恒温实验获得不同体积立方体褐煤(边长分别为0.05,0.1,0.15和0.25 m)内部升温曲线、临界自燃着火点温度(Tc)和表观活化能等特征参数。基于等效氧化暴露时间(EOET)理论,针对实验条件建立均质多孔介质的多场耦合数学模型,并通过实验结果验证了数值模拟的合理性,从而掌握了实验无法获得的温度场、氧浓度场和渗流场的动态分布。通过实验将褐煤升温过程划分为4个阶段。结合实验及数值模拟明确了煤体热量产生与传递、水分蒸发与运移、氧气消耗与运移、自然对流等多种因素的耦合关系,探讨了升温过程中相对EOET与产热加速率的负相关关系。进而对大型煤堆自燃状态进行模拟,验证了煤堆临界自燃着火点温度实验式的合理性。     

煤中原始水分对煤自燃影响的绝热氧化试验研究

为研究煤样中原始水分对煤自燃的影响,对同一煤样的干燥煤样和新鲜煤样进行了绝热氧化试验。通过对试验数据的处理分析发现新鲜煤样在自然升温过程中确实存在一个水分蒸发阶段,该阶段内温度无规律地上下波动、升温缓慢,能延缓煤自燃进程。通过对煤自燃动力学参数分析,拟合得出了两类煤样的ln((dT)/(dt))和-1/(RT)关系,干燥煤样的ln((dT)/(dt))和-1/(RT)基本呈线性关系,新鲜煤样则只在水分蒸发阶段前呈线性关系。干燥煤样和新鲜煤样在低温时期的活化能基本相同,即煤样原始水分对煤自燃倾向性鉴定没有影响。     

神东北部矿区水浸煤自燃标志性气体产生规律

采用煤自燃氧化程序升温实验,对水浸煤自燃标志气体产生规律进行了研究,对比分析了不同含水率水浸煤与原煤CO产生率、CO_2产生率、CH_4产生率、C_2H_4浓度、C_2H_6浓度、耗氧速率随温度的变化规律,发现在低温氧化阶段,水浸煤中水分的存在降低了原煤开始快速氧化的温度点,对煤自燃具有促进作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率高于原煤;在快速氧化阶段,水浸煤中水分的蒸发对煤自燃具有阻碍作用,水浸煤CO和CO_2气体产生率、耗氧速率低于原煤;在加速氧化阶段和高速氧化阶段,水浸煤中的水分与煤分子官能团结合生成含水络合物,提高了CO和CO_2气体产生率,以及耗氧速率,同时阻止烷烃和烯烃类气体的产生,降低了C_2H_4和C_2H_6气体浓度;在煤自燃氧化过程中,水浸煤中水分的存在,降低原煤中CH_4气体吸附量,水浸煤CH_4产生率低于原煤。结果表明,含水率对煤自燃氧化过程中的标志性气体产生规律具有明显的影响,经水浸泡的神东北部矿区12煤比其原煤更容易氧化自燃。     

不同升温速率下烟煤的低温氧化放热特性研究

煤自燃是威胁开采、储存和利用过程的重要因素之一,而煤在低温阶段的氧化放热反应也是导致煤自燃的主要因素。为了研究烟煤在低温条件下的放热特性,选取3种不同变质程度的烟煤进行研究,煤样分别为曹家滩(CJT)的长焰煤、大佛寺(DFS)的不黏煤和东滩(DT)的气煤。采用微量热仪(C80)实时监测煤样在30～300℃温度区间内升温过程中的热流变化,从而探究不同烟煤低温氧化过程的热流变化规律以及放热情况,得到低温氧化过程的分段热流特征以及相应的数学模型。为了进一步研究升温速率对烟煤放热特性的影响,试验分别设置在0.2、0.4和0.6℃/min的不同升温速率下进行,通过热流模型和热量公式建立判定自燃倾向性的指数γ,从而分析不同升温速率对烟煤低温氧化过程放热特性和煤自燃倾向性的影响规律。结果表明：烟煤低温氧化分为了吸热、缓慢放热、加速放热和快速放热4个阶段,随着升温速率的升高,特征温度点有着向后推移的趋势,放热量呈现减小的趋势,3个放热阶段的放热量占比没有明显变化,约为1%、30%、70%。并且发现升温速率越低,活化能值越小,煤自燃倾向性指数γ值变大。通过研究烟煤的放热特性和不同升温速率对烟煤放热特性的...     

凝胶泡沫的阻化特性研究

为了解决煤矿自燃和瓦斯防治的难题,研制出新型煤矿用材料—凝胶泡沫。采用表征指标气体CO释放量减少效果的阻化率ECO、表征煤样温升速率减小效果的ET和ER等3项指标评价凝胶泡沫的阻化特性,采用自制的阻化特性测试系统测试经凝胶泡沫处理的煤样与原煤样在程序升温下的差异。实验结果表明:凝胶泡沫能有效的减缓煤的氧化放热速率,抑制煤温的升高,阻化率达到62.23%,很好的抑制了CO在自燃过程中的释放量。在不同升温阶段起主导作用的阻化方式不同,30~100℃阶段主要是凝胶泡沫本身含水及吸附空气中的水的蒸发吸热作用,该阶段和原煤样的温差不大;100℃以后,水分完全蒸发,主要是凝胶泡沫膜覆盖煤体表面隔氧阻化作用,此阶段与原煤样的温差逐渐加大,阻化效果显著提高。     

采空区煤自然发火与瓦斯爆炸耦合机理研究

根据采空区遗煤自燃升温的阶段性特征,以定容反应器为模型,借助数值模拟软件CHEMKIN模拟煤自燃缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化3个阶段瓦斯爆炸前后反应时间、压力及中间产物的变化情况,从微观机理层面对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合关系进行了研究。数值计算结果显示,煤自燃缓慢氧化阶段对瓦斯爆炸表现为抑制作用;加速氧化阶段对瓦斯爆炸表现为促进作用;激烈氧化阶段对瓦斯爆炸表现为略微促进作用。     

采空区煤自然发火与瓦斯爆炸耦合机理研究北大核心

根据采空区遗煤自燃升温的阶段性特征,以定容反应器为模型,借助数值模拟软件CHEMKIN模拟煤自燃缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化3个阶段瓦斯爆炸前后反应时间、压力及中间产物的变化情况,从微观机理层面对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合关系进行了研究。数值计算结果显示,煤自燃缓慢氧化阶段对瓦斯爆炸表现为抑制作用;加速氧化阶段对瓦斯爆炸表现为促进作用;激烈氧化阶段对瓦斯爆炸表现为略微促进作用。